Důkaz speciální relativityMinutePhysics

Každou vteřinu spousta kosmického záření, hlavně jader helia a vodíku, dopadá na atmosféru Země. Nevíme, odkud je, ale víme, že když naráží do molekul vzduchu, vytváří spršku dalších elementárních částic. Mezony, pozitrony, elektrony, neutrony, neutrina a miony. Víme to, protože na povrchu máme jejich detektory.

Ty sledují směr a energii těchto částic a studujeme je kvůli reliktnímu záření. Ale na detekování velkého množství mionů je něco fascinujícího, protože v laboratoři mají poločas rozpadu jen 1,5 mikrosekundy. Potom se rozpadnou na elektron, pozitron a neutrina. Ano, řecké písmeno mí se používá u mionů i mikrosekund. Může to být matoucí. Ale poločas mionů je skoro mikrosekunda, takže je to krásně příhodné.

Každopádně když máte spoustu mionů, po 1,5 mikrosekundy vám jich zbude jen 50 %. A po 3 mikrosekundách jen 25 %. Po 10 mikrosekundách už jich bude jen 0,1 %. Miony nežijí dlouho. Průměrně 2,2 mikrosekundy. Jen pro představu, světlo je tak rychlé, že za vteřinu sedmkrát obletí Zemi.

Ale za 2,2 mikrosekundy urazí jen 660 metrů. Méně než půl míle. I miony letící rychlostí světla by urazily kilometr nebo dva, pak by se jich většina rozpadla. To je daleko méně než 20 nebo 30 kilometrů, které miony urazí na cestě z atmosféry na povrch. Jak miony urazí desítky kilometrů, aniž by se rozpadly?

Když by měly být schopny urazit méně než kilometr? Dilatace času. Ano, protože miony letí skoro rychlostí světla, jejich čas plyne pomaleji. Při 99,5 % rychlosti světla jejich 2,2 mikrosekundy je jako našich 22 mikrosekund. To je dost času na to, aby mion urazil aspoň 6 kilometrů místo půl kilometru.

A rychlejší miony s vyšší energií by ještě snáze dorazily k našim detektorům. Při 99,995 % rychlosti světla by průměrný mion žil 220 mikrosekund a před rozpadem urazil alespoň 66 kilometrů. Z našeho pohledu je množství mionů detekovaných na povrchu Země přímým důkazem pro speciální relativitu a dilataci času. Ale co z perspektivy mionů?

Kde opravdu žijí jen 2,2 mikrosekund? Odpověď na to také vychází z relativity. Z kontrakce délky. Z perspektivy mionů se hýbe Země a atmosféra 99,995 % rychlosti světla směrem k mionu. A délka pohybujících objektů se ve velké rychlosti zmenšuje. Tady se padesát kilometrů atmosféry pro mion zmenší na půl kilometru.

Což je dost málo, aby to urazil i mion žijící jen 2,2 mikrosekund. Vlastně z této perspektivy to urazila Země. Ale v rychlosti 300 metrů za mikrosekundu a vzdálenosti 500 metrů Země nemá problém dorazit k mionu, než se rozpadne. Tohle je jeden z nejúžasnějších důkazů speciální teorie relativity. Jednoznačná dilatace času nebo kontrakce vzdálenosti pro objekty letící téměř rychlostí světla. Doslova by se sem nedostaly, kdyby dilatace času neexistovala.

Překlad: Šaman Bobo www.videačesky.cz